CN106385178A - 一种llc谐振变换器 - Google Patents

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陈修林
曾理
张顺彪
魏晓慧
王富光
常秀丽
曾宏
胡丹华
黄永善
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    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier

Abstract

本发明公开了一种LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的电源输入端、开关回路、LLC谐振网络和输出整流电路，其特征在于，所述LLC谐振变换器还包括一副边谐振电容。本发明公开的LLC谐振变换器，电路结构简单，通过对谐振电容进行分体配置，改变LLC谐振变换器的增益曲线，获得稳定的输出电压，没有额外的损耗产生。

Description

一种LLC谐振变换器
技术领域
本发明涉及开关电源技术领域，尤其涉及一种LLC谐振变换器。
背景技术
如图1所示的LLC谐振变换器，由于可以在全负载范围内实现功率器件的软开关，因此在DC/DC变换器领域得到了广泛应用。但是当LLC谐振变换器工作在空载状态下，电路中的等效品质因数Q将变得很小，如图2所示LLC谐振变换器增益曲线图，当Q为0时，其增益曲线比较高，输出电压漂高，无法满足电压精度的要求。
现有技术主要有以下两种解决方案：一种方案是在负载侧并联一个小的负载，如图3中的Rad所示，使LLC谐振变换器工作在“假空载”状态，输出电压精度得到改善，但是增加的负载会产生一定的损耗，影响了变换器的效率提升。另一种方案是在桥式结构的一个功率开关管漏源极之间并联一个数百pF极的电容，如图4的C1所示，改善由于谐振电感电压波动引起输出电压震荡的影响，这种方案相当于增加了功率开关管的输出电容，由于实现软开关需要对这个电容进行充放电，增加这个电容必定会增加驱动损耗。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种LLC谐振变换器，旨在解决现有LLC谐振变换器工作在空载或轻载状态下时，其增益曲线比较高，输出电压漂高，无法满足电压精度的要求的问题。
为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的电源输入端、开关回路、LLC谐振网络和输出整流电路，其中，所述LLC谐振变换器还包括一副边谐振电容。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第一种实现方式中，所述输出整流电路为全桥整流电路，所述副边谐振电容的一端与所述变压器的副边连接，所述副边谐振电容的另一端与所述全桥整流电路连接。
结合本发明实施例的第一方面，本发明实施例的第一方面的第二种实现方式中，所述输出整流电路为变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路，所述副边谐振电容的一端与所述全波整流电路的输出端连接，所述副边谐振电容的另一端为LLC谐振变换器的输出端。
本发明实施例的第一方面的第三种可能实现方式，结合本发明实施例的第一方面、或第一方面的第一种实现方式、或第一方面的第二种实现方式，所述开关回路包括全桥功率开关管变换器或半桥功率开关管变换器。
结合本发明实施例的第一方面的第三种可能实现方式，本发明实施例的第一方面的第四种实现方式中，所述功率开关管为绝缘栅型场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、门级可关断晶闸管、电力晶体管中的一种。
本发明实施例的第一方面的第五种可能实现方式，结合本发明实施例的第一方面、或第一方面的第一种实现方式、或第一方面的第二种实现方式，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容。
本发明实施例的第一方面的第六种可能实现方式，结合本发明实施例的第一方面、或第一方面的第一种实现方式、或第一方面的第二种实现方式，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感、及与变压器原边并联连接的第一谐振电容。
本发明实施例的第一方面的第七种可能实现方式，结合本发明实施例的第一方面、或第一方面的第一种实现方式、或第一方面的第二种实现方式，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容、及变压器原边并联连接的第二谐振电容。
本发明实施例的第一方面的第八种可能实现方式，结合本发明实施例的第一方面、或第一方面的第一种实现方式、或第一方面的第二种实现方式，所述LLC谐振变换器还包括一输出滤波电容，所述输出滤波电容与所述输出整流电路的输出端串联连接。
结合本发明实施例的第一方面的第八种可能实现方式，本发明实施例的第一方面的第九种实现方式中，所述LLC谐振变换器还包括一输出负载阻抗，所述输出负载阻抗与所述输出滤波电容并联连接。
本发明实施例提供的LLC谐振变换器，电路结构简单，通过对谐振电容进行分体配置，改变LLC谐振变换器的增益曲线，获得稳定的输出电压，没有额外的损耗产生。
附图说明
图1为现有技术的LLC谐振变换器的一种结构示意图；
图2为现有技术的LLC谐振变换器的增益曲线结构示意图；
图3为现有技术的LLC谐振变换器的一种改进结构示意图；
图4为现有技术的LLC谐振变换器的另一种改进结构示意图；
图5为本发明实施例的LLC谐振变换器的结构示意图；
图6为本发明实施例的LLC谐振变换器的增益曲线结构示意图；
图7为本发明实施例的LLC谐振变换器的另一结构示意图；
图8为本发明实施例的LLC谐振变换器的另一结构示意图；
图9为本发明实施例的LLC谐振变换器的再一结构示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
现在将参考附图描述实现本发明各个实施例。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身并没有特定的意义。
请参考图5-图9所示，本发明实施例提出一种LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的电源输入端(Vin+、Vin-)、开关回路1、LLC谐振网络2和输出整流电路3，LLC谐振变换器还包括副边谐振电容Cs。
在本实施例中，开关回路1包括全桥功率开关管变换器或半桥功率开关管变换器。功率开关管可为绝缘栅型场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、门级可关断晶闸管、电力晶体管中的一种。
具体地，如图7和图8所示，全桥功率开关管变换器可由功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3及功率开关管Q4构成。功率开关管Q1和功率开关管Q3的漏极与电源输入端Vin+连接，功率开关管Q2和功率开关管Q4的源极与电源输入端Vin-连接。功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3及功率开关管Q4的栅极与外部驱动模块(图中未示出)连接，外部驱动模块可输出一控制信号，控制功率开关管Q1、功率开关管Q2、功率开关管Q3及功率开关管Q4的开通和关断。
如图5和图9所示，半桥功率开关管变换器可由功率开关管Q1和功率开关管Q2构成。功率开关管Q1的漏极与电源输入端Vin+连接，功率开关管Q2的源极与电源输入端Vin-连接。功率开关管Q1、功率开关管Q2的栅极与外部驱动模块(图中未示出)连接，外部驱动模块可输出一控制信号，控制功率开关管Q1、功率开关管Q2的开通和关断。
开关回路1通过功率开关管的开通和关断，可输出方波信号给到LLC谐振网络2。
在本实施例中，如图5和图7-图9所示，LLC谐振网络2包括变压器T、与变压器T原边串联连接的谐振电感Lp和谐振电容Cp，即构成串联型LLC谐振网络。其中Lm为变压器T的励磁电感。
进一步的，LLC谐振网络2可包括变压器、与变压器原边串联连接的谐振电感、及与变压器原边并联连接的谐振电容，即构成并联型LLC谐振网络(附图未示出)。
进一步的，LLC谐振网络2可包括变压器、与变压器原边串联连接的谐振电感和谐振电容、及变压器原边并联连接的另一谐振电容，即构成串并联型LLC谐振网络(附图未示出)。
请再参考图5和图7所示，在本实施例中，输出整流电路3可为全桥整流电路，全桥整流电路由二极管D1、二极管D2、二极管D3及二极管D4构成。副边谐振电容Cs的一端与变压器T的副边连接，副边谐振电容Cs的另一端与全桥整流电路连接。
请再参考图8和图9所示，在本实施例中，输出整流电路3可为变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路，全波整流电路由二极管D1和二极管D2构成。副边谐振电容Cs的一端与全波整流电路的输出端连接，副边谐振电容Cs的另一端为LLC谐振变换器的输出端。
请再参考图5和图7-图9所示，在本实施例中，LLC谐振变换器还包括一输出滤波电容Co，输出滤波电容Co与输出整流电路3的输出端串联连接。
在本实施例中，LLC谐振变换器还包括一输出负载阻抗Ro，输出负载阻抗Ro与输出滤波电容Co并联连接。Vo+和Vo-为LLC谐振变换器的输出端。
LLC谐振变换器的工作原理大致为(以图5所示的LLC谐振变换器为例)：
功率开关管Q1开通、功率开关管Q2关断时，直流电源经过电源输入端(Vin+)流入Lp，变压器原边将能量存储在电容Cp内，同时能量通过变压器线圈耦合到副边，并通过二极管D1和二极管D4存储在电容Cs、Co内；
功率开关管Q1关断、功率开关管Q2开通时，电容Cp通过变压器原边，电感Lp、功率开关管Q2释放能量，同时能量通过变压器线圈耦合到副边，同时Cs放电并通过二极管D2和二极管D3存储在电容Co内,实现能量变换。
如图6所示，当工作频率是Lp、Cp构成的谐振频率的6倍及以上时，所有的负载线几乎重合，空载特性得到很大改善，其中变压器原边和副边的耦合系数为0.98，fn为工作频率和Lp、Cp构成的谐振频率的比值。
本发明实施例提供的LLC谐振变换器，电路结构简单，通过对谐振电容进行分体配置，改变LLC谐振变换器的增益曲线，获得稳定的输出电压，没有额外的损耗产生。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种LLC谐振变换器，所述LLC谐振变换器包括依次连接的电源输入端、开关回路、LLC谐振网络和输出整流电路，其特征在于，所述LLC谐振变换器还包括一副边谐振电容。
2.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述输出整流电路为全桥整流电路，所述副边谐振电容的一端与所述变压器的副边连接，所述副边谐振电容的另一端与所述全桥整流电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述输出整流电路为变压器副边绕组中心抽头的全波整流电路，所述副边谐振电容的一端与所述全波整流电路的连接，所述副边谐振电容的另一端为LLC谐振变换器的输出端。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述开关回路包括全桥功率开关管变换器或半桥功率开关管变换器。
5.根据权利要求4所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述功率开关管为绝缘栅型场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管、门级可关断晶闸管、电力晶体管中的一种。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容。
7.根据权利要求1-3任一所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感、及与变压器原边并联连接的第一谐振电容。
8.根据权利要求1-3任一所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振网络包括变压器、与变压器原边串联连接的第一谐振电感和第一谐振电容、及变压器原边并联连接的第二谐振电容。
9.根据权利要求1-3任一所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振变换器还包括一输出滤波电容，所述输出滤波电容与所述输出整流电路的输出端串联连接。
10.根据权利要求9所述的一种LLC谐振变换器，其特征在于，所述LLC谐振变换器还包括一输出负载阻抗，所述输出负载阻抗与所述输出滤波电容并联连接。
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